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Kompensierter Wechselstrommotor, Die Erfindung betrifft einen kompensierten
Wechselstrominotor, der in seinem Läufer eine Kommutatorwicklung für die Erregung
und eine zusätzliche Wicklung für den Arbeitsstrom besitzt.
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Gemäß der Erfindung ist die Phasenzahl des Erregerkreises verschieden
von der des Netzes und größer als drei. Demgemäß wird die Kommutatorwicklung durch
einen zwischen Netz und Kommutator liegenden Phasenzahltransformator gespeist. Bei
einem solchen kompensierten Wechselstrommotor kann die als Phasenwicklung ausgebildete
sekundäre Arbeitswicklung ebenfalls in mehr als drei Phasen geschlossen sein. Statt
der Anordnung eines besonderen Phasenzahltransformators kann auch der Ständer als
Transformator ausgebildet sein.
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Es sind aus der Literatur Induktionsmotoren bekannt, bei denen der
Erregerstrom nicht dem stehenden Teile zugeführt wird, sondern mit Hilfe eines Kommutators
dem umlaufenden Teile. Die Spannung, die an diesem Kommutator gelegt wird, kann
mit Hilfe eines Transformators dem Netze entnommen werden oder aber von einer Anzapfung
der Gehäusewicklung oder von einer besonderen Gehäusewicklung geliefert werden.
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Wenn man einen solchen Motor praktisch herstellen will, ergeben sich
Schwierigkeiten wegen des von der Wicklung im Ankereisen beanspruchten Raumes. Während
bei einem normalen Induktionsmotor die für die Erregung notwendigen Amperewindungen
im Gehäuse fließen und infolgedessen der gesamte Kupferquerschnitt der Gehäusewicklung
größer sein muß als der der Ankerwicklung, ist es bei Maschinen der hier in Rede
stehenden Art umgekehrt. Man muß bei diesen Maschinen im Anker außer dem für den
Nutzstrom nötigen Kupferquerschnitt noch weiteren Querschnitt für den Erregerstrom
vorsehen. Diese Vergrößerung des Kupferquerschnitts wird vor allem dann beträchtlich,
wenn inan zwei getrennte - Wicklungen im Läufer vorsieht, und man hat daher vorgeschlagen,
ebenso wie im Stator auch im Rotor nur eine Wicklung zu verwenden, in der diese
Ströme gemeinsam fließen. Das hat aber wiederum andere Nachteile, denn man muß die
Wicklung für den momentbildenden Strom kurzschließen, wenn man diesen Strom nicht
über den Kommutator leiten will; dies wird man aber gern vermeiden, da sonst der
Kommutator zu groß wird. Die in der gemeinsamen Wicklung vorhandenen Kurzschlußverbindungen
stellen aber auch für den Erregerstrom einen Kurzschluß dar und vergrößern daher,
wenn man eine gewisse Menge Amperewindungen in der Erregerwicklung zugrunde legt,
den über den Kommutator einzuführenden Strom. Der Kommutator wird infolgedessen
größer und teurer, und die Kommutierung wird schlechter.
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Es ergibt sich mithin die Aufgabe, bei Verwendung von zwei Wicklungen
im Läufer entweder den Raumbedarf beider Wicklungen herabzusetzen oder bei gegebenem
Raumbedarf die Stromdichten und die Stromverluste im Läufer herabzusetzen.
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Durch die Erfindung wird diese Aufgabe gelöst. Es ist zunächst möglich,
eine Verringerung der Zahl der im Läufer unterzubringenden Amperewindungen dadurch
zu erreichen, daß man die Phasenzahl der Kommutatorwicklungen erhöht. Geht man z.
B. von einer dreiphasigen Kommutatorwicklung aus, so liegen die Leiter, die einer
Phase angehören, über einen Polbogen von i2o° elektrisch verteilt, und die wirksame
geometrische Summe der Amperewindungen ist daher gleich o,866mal der algebraischen
Summe der Amperewindungen. Vermehrt man die Phasenzahl, so wird dieser Koeffizient
erhöht.
Bei sechsphasiger Anordnung ist dieser Faktor beispielsweise
0,955; man kann daher entweder den unterzubringenden Kupferquerschnitt im
Verhältnis o,866 : 0,955 verringern, wenn man dieselbe Stromdichte beibehalten
will, oder man kann, wenn man den Kupferquerschnitt beibehält, die Stromdichte in
diesem Verhältnis herabsetzen und damit die Stromverluste im Quadrat dieses Verhältnisses
verringern.
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Die gleiche Überlegung gilt auch für die Wicklung, die den Arbeitsstrom
zu führen bestimmt ist. Auch hier hat eine Vermehrung der Phasenzahl den Erfolg,
daß entweder der Raumbedarf der Wicklung oder der Verlust in ihr vermindert wird.
Die Vermehrung der Phasenzahl, d. h. der Zahl der Kurzschlußverbindungen der Arbeitswicklung,
hat noch einen weiteren Vorteil. Es wird dadurch die Kommutierung der Erregerwicklung
verbessert, denn die durch die Kurzschlußverbindungen der Arbeitswicklungen hergestellten
Stromkreise wirken dämpfend auf die in den kurzgeschlossenen Windungen der Erregerwicklung
entstehenden Kurzschlußströme und verbessern somit die Kommutierung.
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Vergrößert man die Phasenzahl, so wird der einzelne Kurzschlußkreis
der Arbeitswicklung auf einen kleineren Teil des Ankerumfanges beschränkt und ist
daher leichter imstande, den Anregungen zu entsprechen, «-elche die kurzgeschlossenen
Windungen der Erregerwicklung auf ihn ausüben, d. h. er wirkt besser dämpfend.
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Es sind zwar Motoren bekannt, die mit erhöhter Phasenzahl im Läufer
arbeiten, doch handelt es sich hierbei um reine Wechselstromkommutatormotoren, die
im Läufer nur eine Wicklung besitzen, wobei also der gesamte in der L äuferwicklung
fließende Strom über den Konlmutator und die Bürsten nach außen fließt. Bei diesen
Motoren hat man die Erhöhung der Phasenzahl nur zu dem Zwecke vorgeschlagen, die
Kommutierung zu erleichtern oder zu verbessern. Da der Kommutator des Motors nach
der Erfindung nur einen Teil des im Läufer fließenden Gesamtstromes zu führen hat,
weil für den größten Teil des Arbeitsstromes die Phasenwicklung vorgesehen ist und
weil weiterhin die Kommutierung schon durch den Dampfereffekt der Phasenwicklung
wirksam verbessert wird, ist die Wirkung der erhöhten Phasenzahl in der Kommutatorwicklung
des Motors nach der Erfindung eine ganz. andere als bei diesen bekannten Motoren.
Sie dient nämlich dazu, bei möglichst geringen Wicklungsverlusten mit einem möglichst
kleinen Raum für die beiden Wicklungen auszukommen.
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Es ist ferner von H e y 1 a n d vorgeschlagen worden, bei kompensierten
Asynchronmotoren mit einphasiger Gehäusehauptwick-Jung zur Verringerung der Pulsationen
der Erregung und damit der Erregerarbeit die Erregerwicklung für drei Phasen vorzusehen.
Dieser Vorschlag unterscheidet sich grundsätzlich von der vorliegenden Erfindung,
denn wenn gemäß der Erfindung die Phasenzahl des Erregerkreises größer als drei
gewählt wird, so wird dadurch keine Ersparnis an Erregerleistung erzielt. Dies ist
auch nicht der Zweck der Erfindung, es soll vielmehr durch die Vermehrung der Phasenzahl
über drei eine Verminderung der Stromwärmeverluste erreicht werden.
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Die Zeichnung zeigt schematisch die Anordnung und Schaltungsweise
der Wicklungen des Motors nach der Erfindung. Der Ständer oder das Gehäuse des Motors
trägt zunächst die dreiphasige Wicklung 1, 2, 3, die in Stern geschaltet und an
das Netz angeschlossen ist. Ferner trägt der Ständer die zur Phasenzahltransformierung
dienende vierphasig geschaltete Hilfswicklung d., 5, 6, 7, die mit der Wicklung
1, 2, 3 auf dem Ständer verteilt ist. Von der Wicklung d., 5, 6, 7 wird über den
gleichfalls vier- -phasigen Bürstensatz 8, 9, io, ii und den Kommutator 12 die auf
dem Läufer befindliche Kommutator- oder Erregerwicklung 13 gespeist, wodurch letztere
zu einer imViereck geschalteten vierphasigen Wicklung wird. Gemeinsam mit der letzteren
ist eine vierphasig gezeichnete und z. B. in Stern geschaltete Phasenwicklung (Arbeitswicklung)
1.4d, 1.4b, i4c, i4d angeordnet, die z. B. entweder innerhalb des Ankers geschlossen
ist oder in Schleifringe 15, 16, 17, 18 endigt und über diese geschlossen werden
kann.